低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的可靠性

1、低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的可靠性王承久 【關(guān)鍵詞】低壓CO2滅火系統(tǒng)、可靠性、智能化【摘要】低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的國產(chǎn)化工程應(yīng)用在我國已有10多年的歷史。一個工程系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性除了與產(chǎn)品自身的質(zhì)量有關(guān)外，同時與工程設(shè)計、安裝、調(diào)試，人員素質(zhì)，維護、管理等諸多因素有關(guān)。本文重點從產(chǎn)品的系統(tǒng)應(yīng)用及電氣控制的角度，從立項、設(shè)計開發(fā)，電氣控制、智能化處理等方面闡述提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。介紹西核衛(wèi)士消防設(shè)備分公司低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的發(fā)展和特點。 1概述在自然界氣體中，CO2的滅火性能最好。CO2作為古老、有效、廉價的低公害滅火劑，在目前花樣繁多的氣體滅火市場上仍占有一席之地。至今為止，二氧化碳也

2、是唯一能用作非封閉目標(biāo)保護的自然界氣體。特別是低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)（低壓的術(shù)語是指二氧化碳在-18，正常貯存工作壓力為1.90MPa 2.1MPa。），在大型倉儲及工業(yè)應(yīng)用場所，如鋼鐵企業(yè)、汽車制造業(yè)、火電廠、核電站、飛機場、變電站、油庫的應(yīng)用有著優(yōu)越的性價比，其系統(tǒng)越大性價比越高。從1997年西核衛(wèi)士消防設(shè)備分公司開發(fā)研制出填補當(dāng)時國內(nèi)空白的國產(chǎn)低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的實際工程應(yīng)用，國內(nèi)各消防設(shè)備生產(chǎn)廠家也陸續(xù)生產(chǎn)出各自特點的低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)。我廠的低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)以其真空絕熱保溫技術(shù)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的管道系統(tǒng)自動回壓控制主閥，線性化傳感儀表，由96系列微控制器為核心組成的性能穩(wěn)定可

3、靠的控制系統(tǒng)。使西核衛(wèi)士的低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，始終占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。到目前為止，在實際工程中的近三百套系統(tǒng)中，貯存裝置由0.8m3到20m3，控制系統(tǒng)由1區(qū)到15區(qū)，從用戶反饋的信息中沒有一例因控制系統(tǒng)的抗干擾能力差而產(chǎn)生誤動作的現(xiàn)象。2系統(tǒng)的組成及特點低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)由貯存裝置、分配系統(tǒng)及管網(wǎng)、噴頭、自動探測系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)組成。a、 貯存裝置是指主檢修閥上游的所有設(shè)備，包括儲罐、制冷機組、安全閥、滅火劑充裝口、液位和壓力變送器等；b、 分配系統(tǒng)及管網(wǎng)、噴頭是指主檢修閥下游的所有設(shè)備，包括先導(dǎo)控制器、主閥、反饋裝置、管道及附件、噴頭等；c、 自動控制系統(tǒng)是指低壓滅

4、火控制柜、壓力變送器、液位變送器、動力控制箱、火災(zāi)報警控制器、緊急啟動/中斷盒、手動/自動轉(zhuǎn)換盒、放氣指示燈、聲光報警盒。低壓二氧化碳自動滅火系統(tǒng)是基于高壓二氧化碳自動滅火系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上,而優(yōu)于后者的優(yōu)良的滅火設(shè)施。它是將二氧化碳滅火劑以液態(tài)的形式貯存在帶有絕熱結(jié)構(gòu)的貯存容器中，通過制冷機組使貯罐內(nèi)二氧化碳的溫度維持在約-18、壓力維持在約2.1MPa。有火災(zāi)時，通過一系列執(zhí)行機構(gòu)，將液態(tài)二氧化碳輸送到火災(zāi)現(xiàn)場，通過噴頭進行釋放實施滅火。與國內(nèi)外同類低壓二氧化碳自動滅火系統(tǒng)相比，西核衛(wèi)士消防設(shè)備分公司的低壓二氧化碳自動滅火系統(tǒng)具有以下幾個突出的優(yōu)點：2.1 ZEFZ 主閥（1） 用于多防護區(qū)系

5、統(tǒng)中控制滅火劑流向火災(zāi)保護區(qū)；采用黃銅或不銹鋼；（2） 特點：結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、工作安全可靠、具有自動復(fù)位功能、自動回壓功能。此主閥由低壓控制器DC24V電源啟動先導(dǎo)控制器，由貯罐內(nèi)二氧化碳氣體驅(qū)動。有別于其它系統(tǒng)的電動閥，在系統(tǒng)事故停電情況下仍可利用低壓控制器的直流備電啟動。且在小于1秒的時間內(nèi)完全開啟，不需交流動力電源。當(dāng)先導(dǎo)控制器的啟動氣體撤除后，主閥不需任何外界動力將自動關(guān)閉，使本防護區(qū)復(fù)位到伺應(yīng)狀態(tài)，可隨時進行下次啟動工作。此主閥出口到噴頭處，當(dāng)管路或噴頭堵塞出現(xiàn)干冰，出口壓力大于入口壓力此主閥自動開啟回壓，使出口段壓力與入口貯罐內(nèi)壓力平衡,將高壓氣體回流到貯罐內(nèi)?？上螂妱宇愔?/p>

6、閥關(guān)閉后出口管段產(chǎn)生干冰，當(dāng)干冰汽化后產(chǎn)生的高壓氣體使管網(wǎng)爆裂現(xiàn)象。這是早期國外引進的低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，也是早期低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用受到質(zhì)疑的重要因素。1、 閥體 2、螺栓 3、卡套式直通管接頭（接10x1紫銅管） 4、銘牌圖1 ZEFZ主閥（螺紋式）2.2 真空絕熱技術(shù) 貯存裝置的作用是貯存低壓液態(tài)二氧化碳滅火劑。本貯存裝置包括內(nèi)膽、外膽、絕熱層及制冷設(shè)備。內(nèi)膽采用耐低溫不銹鋼材料制造，絕熱層采用目前國際上最先進的真空堆積絕熱技術(shù)。它有別于發(fā)泡絕熱技術(shù)，表面抗碰撞，不受環(huán)境濕度、溫度、陽光直射、雨水等影響，絕熱層與外界完全隔絕壽命長，絕熱效率高。2.3線性化的傳感

7、儀表低壓液態(tài)貯存的二氧化碳滅火劑其貯存溫度與壓力有著對應(yīng)的線性關(guān)系。在立項的儀表選型中考慮到彈簧管電接點壓力表的精度較低，不宜滿足控制精度要求。柔性接通和斷開電觸點的控制電路在切換時似接非接易產(chǎn)生強烈電火花，新儀表使用不久就會造成觸點氧化燒蝕接觸不良，故障率高、易損壞等使用中常見問題。且儀表數(shù)量多，氣路管路多，閥門多，因此，泄漏點多、操作復(fù)雜、故障率高。我們選用了1151系列的壓力變送器和液位變送器。整個系統(tǒng)只需兩只儀表，精度0.5級，將壓力和液位物理量變換為4-20毫安的線性電流信號，利用96系列的微處理器的10位A/D進行摸數(shù)轉(zhuǎn)換?？蓪毫Α⒁何粎?shù)進行連續(xù)跟蹤測量、遠傳觀察、控制和自動記

8、錄管理。2.4專業(yè)化的控制器由于低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的特點，在貯存及滅火時藥劑噴放的時間上與目前所有各類氣體滅火系統(tǒng)都不同，低壓貯存裝置使用可開啟、自動復(fù)位的閥門密封，其它各類氣體滅火裝置都基于采用密封膜片結(jié)構(gòu)。在滅火時，低壓系統(tǒng)按照防護區(qū)域的不同具有自動控制滅火劑釋放時間的功能（GA61-2002），在達到設(shè)計滅火濃度時自動關(guān)閉主閥。不同區(qū)域二氧化碳介質(zhì)噴放的開、關(guān)時間按工程設(shè)計的要求進行設(shè)定，在二氧化碳噴放過程中主閥可在任何時刻手動中斷，并可重復(fù)任意啟、停，達到二次或多次使用效果，在局部滅火應(yīng)用中更突顯出其隨意開關(guān)的優(yōu)越特性。其它膜片結(jié)構(gòu)密封的氣體滅火系統(tǒng)是按系統(tǒng)設(shè)計的用藥劑量，將膜片刺破

9、一次性放出。低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)控制器需要對低壓貯存裝置內(nèi)的壓力進行恒壓控制。當(dāng)壓力P 2.1 Mpa 啟動儲存裝置制冷機組。當(dāng)壓力P 1.9 Mpa 停止儲存裝置制冷機組。同時低壓二氧化碳控制器對貯存裝置內(nèi)的液位進行監(jiān)控，并具有高、低液位報警功能。這是目前各類火災(zāi)報警器和聯(lián)動型控制器所不具備的功能。本控制器按照國標(biāo)“低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)及部件通用技術(shù)條件”及GA61“固定滅火系統(tǒng)驅(qū)動、控制裝置通用技術(shù)條件”的要求，將恒壓控制及滅火驅(qū)動、控制有機結(jié)合。 控制器對滅火部分以防護區(qū)為單元采用模塊化設(shè)計，根據(jù)防護區(qū)的不同從1區(qū)到15區(qū)任意組配?？山邮杖魏位馂?zāi)報警控制器輸出的滅火信號（無源常開觸點），

10、無火災(zāi)探測器報警功能。以非總線方式實施滅火。本控制器可外接防護區(qū)的緊急啟動按鈕實施手動滅火功能。也可外接現(xiàn)場手動/自動轉(zhuǎn)換盒。由現(xiàn)場設(shè)置本區(qū)域的滅火方式。ZEKMnA型控制器，滅火通道部分以8031微處理器作為核心部件,滅火延時驅(qū)動電路采用高可靠的抗干擾電路組成,技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定。對低溫存貯裝置采用80C196微控制器進行控制，對壓力、液位進行監(jiān)控。具有485通信功能?？纱鎯?00條歷史事件記錄。與PC計算機之間可通過485轉(zhuǎn)232接口進行通信。在控制中心的PC機上可檢測到系統(tǒng)的手動、自動、啟動、中斷、火災(zāi)、火警、壓力開關(guān)回路開路、驅(qū)閥回路開路、火警回路開路的狀態(tài)?！爸评錂C組啟動”、“液位高

11、”或者“液位低”、“壓力高”或者“壓力低”、“消音”或者“自檢”等信息，可自動存盤及打印。 3可靠性設(shè)計3.1 從機械角度，具有知識產(chǎn)權(quán)的主閥。在事故停電的情況下，使用本機直流備電即可釋放二氧化碳滅火劑。在電控失效時，手動操作先導(dǎo)控制器機械應(yīng)急手柄，利用貯存裝置內(nèi)的氣源即可驅(qū)動主閥迅速釋放滅火劑。當(dāng)滅火劑停止噴放后，管網(wǎng)中剩余的液態(tài)二氧化碳具有結(jié)干冰的可能，在主閥至干冰集結(jié)處管道內(nèi)的壓力會升高，此時主閥下游的壓力高于上游的壓力，當(dāng)壓差約為0.1MPa時，主閥反向開啟，使管道中的剩余液態(tài)二氧化碳回流到貯存容器內(nèi)實現(xiàn)自動回壓功能，保障管道安全。3.2 從電氣控制角度，將低壓控制器與動力控制箱分為兩

12、部分設(shè)計，避免強電系統(tǒng)對弱電系統(tǒng)的干擾，并使控制系統(tǒng)的安裝方式更加靈活。動力控制箱通常安裝在設(shè)備間，低壓滅火控制器可在設(shè)備間與控制中心或值班室中任選。在動力箱的控制回路中增加阻容吸收器件，消除啟、停制冷機時動力箱控制回路對控制器的接口電路的電磁干擾。3.2.1 對關(guān)鍵的延時噴放、手動/自動轉(zhuǎn)換、緊急啟動/中斷的輸入電路用電感性功率器件進行轉(zhuǎn)換，在干擾信號達不到一定能量時無法觸發(fā)控制回路。在手動狀態(tài)下，將關(guān)鍵電路的回路斷開，使其在無源狀態(tài)下待機，任何形式的干擾都無法形成回路。3.2.2 在采樣接口電路中，正常情況下A點的最大為5V。但在實際應(yīng)用中，在系統(tǒng)送電的瞬間變送器的初始電流可能遠大于20毫

13、安。當(dāng)A點電壓大于7.5V時將對采樣口造成永久性損壞。在不影響采樣精度的條件下，選擇合適的限流電阻R*可有效保護A/D口不被擊穿損壞。3.2.3 當(dāng)選用壓力變送器量程為4Mpa，壓力值為2.1Mpa時，Va=3.1V; 壓力值為1.9Mpa時，Va=2.9V;既控制器僅在0.2V的電壓變化范圍內(nèi)對貯存裝置進行恒壓力控制。由于壓力、液位是連續(xù)變化的物理量。因此，在采樣電路輸入處增加電磁濾波器件和電容器件來平滑輸入電壓不會影響采樣精度。在工程應(yīng)用中要求采樣端子處到變送器間使用屏蔽電纜，在硬件設(shè)計和工程應(yīng)用兩方面提高可靠性。因為0.2V的采樣電壓范圍在實際調(diào)試中無線對講機的通話都可能造成制冷機的啟停

14、。4智能化處理控制器的智能化處理主要表現(xiàn)在軟件編程中。如：對制冷機的啟動次數(shù)進行累計，對制冷機的啟、停間隔進行記錄，以此可對存貯裝置的保溫效果及制冷機效率進行判斷。對火災(zāi)輸入信號進行智能判斷，當(dāng)輸入信號的時間大于5秒后判斷為真實的火災(zāi)信號并做出歷史記錄，啟動延時驅(qū)閥回路。否則按干擾信號處理。低壓控制器火災(zāi)報警控制器485轉(zhuǎn)232接口手/自啟/截動力箱對壓力、液位的采集信號進行判斷，多次采樣并求均值，當(dāng)?shù)谝淮尾杉男盘柵c第二次的采集信號發(fā)生接階躍變化時則判為是干擾信號，并做舍棄處理。ZEKMnA型低壓CO2系統(tǒng)圖5結(jié)束語 低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)填補了國內(nèi)氣體消防行業(yè)當(dāng)年的一項空白，系統(tǒng)的整體特性在

15、同行業(yè)中始終處于領(lǐng)先地位。打破了國外產(chǎn)品對此市場的壟斷，使其價格公平化。其控制系統(tǒng)從分立集成元件控制到微處理器控制至具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，經(jīng)歷了不斷發(fā)展的過程。隨著新技術(shù)的不斷更新，我國的低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)將更加完善，穩(wěn)定、可靠、先進。參考文獻1 孫涵芳.Intel 16位單片機.北京航空航天大學(xué)出版社 1999年2 孫涵芳.徐愛卿.MCS-51/96系列單片機原理及應(yīng)用 1999年Dependable and intelligence control of The Low-pressure CO2 Fire Extinguish System WANG Cheng-jiu(XIAN Nucle

16、ar WeiShi Fire Protection Equipment CO.,Ltd , XIAN 710021,China)Abstract: the Low-pressure CO2 have extinguished fire the domestic engineering distance of the system apply at our country for more than 10 years. In addition to the quantity of the product oneself relevantly, the stability, dependable

17、of an engineering system returns to design, install, adjust to try, personnels character, maintenance, management etc. many factors with the engineering relevant. This text point is from the system application of the product and the angle of the electricity controls, from a stability, dependable for developping, electricity controling, intelligence turning handling etc. increasing system. Intr